条带状铁建造的原始矿物组成:进展与问题

原生矿物信息作为前寒武纪条带状铁建造(BIF)研究的最基本命题,是研究BIF成矿规律及其早期地球环境效应的基础。长期以来,将低级变质且保存部分原始矿物及沉积结构的BIF作为研究对象,进而追踪BIF的原始矿物组成与后期演变过程一直是科学家们关心的关键问题。目前,关于BIF原始矿物组成主要有三种认识:三价铁的氢氧化物、铁硅酸盐(成分类似于铁蛇纹石和黑硬绿泥石)和绿锈。其中,绿锈为含二价和三价铁的过渡态化合物,仅可见于局部缺氧环境。由于绿锈的亚稳态性质,对于其在类似于前寒武纪的富硅海洋条件下转变成何种矿物及相关转变的具体途径仍不清楚。因而,当前关于原始铁质矿物的争议主要存在于三价铁的氢氧化物和铁硅酸盐之间,由此引发的对BIF成矿理论及其对古环境指示意义的理解也存在较大分歧。本文系统回顾和评述了近年来BIF原始矿物组成研究的重要进展;在此基础上,认为三价铁的氢氧化物应是BIF最为主要的原始矿物,其次为铁硅酸盐矿物,二者可能在地质历史时间和空间分布上具有差异性。然而,支持铁硅酸盐原始成因的现有证据主要为经典的岩相学特征,急需更多元素和同位素地球化学等方面的佐证。BIF中现有铁质矿物组合应是原始沉淀物在成岩-变质作用条件下发生转变的产物,相较于成岩早期的菱铁矿,磁铁矿可能形成时间偏晚,究竟是生物-有机质成因抑或是菱铁矿的热化学分解成因亟待深入探讨。在此背景下,同时考虑到华北作为国际上BIF的重要产区,且发育不同变质级别的太古宙末期BIF,可能完整记录了BIF的全部历程。因此,可立足于华北,在已有的初步工作基础上,深度挖掘,力图为BIF矿物成因演变规律提供进一步约束,极大深化和推动我国BIF的成因研究。

条带状铁建造(BIF)的形成时代及其研究方法

对条带状铁建造（BIF）进行精确的年代学约束,具有非常重要的科学意义,可以获得BIF的时间分布趋势,反映对应时代的大气和海洋环境,准确建立与重大地质事件的对应关系,为铁建造的成因提供依据.本文在综合前人资料的基础上,重新绘制了全球BIF形成时代的分布图,结果表明BIF在3.6～1.6 Ga连续分布,在2.8～2.7 Ga、2.5～2.4 Ga、1.9～1.8 Ga的3个区间范围内形成高峰;Algoma型BIF主要集中于中-晚太古代,而Superior型BIF主要出现在古元古代.本文重点对前人关于BIF年代学的测试方法及其应用进行了介绍和评述,结果表明目前锆石U-Pb测年法依然为主要手段,而Sm-Nd等时线法和Re-Os等时线法尽管有效,但直接测定BIF条带的Sm-Nd等时线和磁铁矿的Re-Os等时线年龄仍存在较大问题,但可用来反映物质的来源以及后期构造热事件的改造等问题,而采取BIF相关单元的年龄来间接代表BIF的形成年龄是目前较为成熟的方法,其中测定铁建造火山岩夹层锆石U-Pb年龄是国际上测定BIF时代常用的手段.

冀东司家营条带状含铁建造铁矿石铁同位素特征及其地质意义

司家营条带状含铁建造(Banded iron formation,BIF)型铁矿床是冀东地区规模最大的铁矿床,前人对其进行了大量的年代学、岩石学和元素地球化学工作,但目前尚未对其进行Fe同位素研究。笔者等通过Fe同位素和主微量、稀土元素相结合的方法对司家营BIF的成矿物质来源和形成背景提出了有效制约,同时对司家营BIF的锆石U-Pb年龄数据进行补充。锆石U-Pb年代学显示,司家营BIF形成于2537~2531 Ma。地球化学数据显示司家营BIF矿石主要由TFe_(2)O_(3)和SiO_(2)组成,具有较低的Al_(2)O_(3)和TiO_(2)含量,富集Fe重同位素(δ^(56)Fe=0.341‰~0.525‰);稀土元素配分模式呈现轻稀土亏损、重稀土富集的特征,具有明显的Eu、Y、La正异常,Y/Ho值较高(Y/Ho=34.96~45.84)。这些特征表明司家营BIF是基本无碎屑物质参与的化学沉积岩,稀土元素来源于高温热液和海水的混合溶液,铁质来源于海相热液流体。司家营BIF缺乏真正的Ce负异常和Fe同位素组成均为正值指示其形成于缺氧环境。综合对比世界上其他地区太古宙BIF的Fe同位素特征,笔者等认为新太古代时期地球海洋含氧量逐步上升,此时海洋总体属于缺氧环境,但部分地区氧气含量较高。

古元古代大氧化事件(GOE)前后海洋环境的变化:来自华北条带状铁建造(BIF)岩相学和地球化学的证据

条带状铁建造(BIF)是形成于前寒武纪海洋中的化学沉积岩,记录了古海洋氧化还原状态的重要信息。华北克拉通广泛分布的新太古代和古元古代BIF,是了解古元古代大氧化事件(GOE)前后古海洋氧化还原环境变化的理想对象。初步研究表明,华北克拉通新太古代BIF主要为磁铁矿型氧化物相和硅酸盐相,极少数出现碳酸盐相;古元古代BIF包括赤铁矿型和磁铁矿型氧化物相、硅酸盐相和碳酸盐相,其中赤铁矿相是古元古代BIF独有的。以上矿物学特征表明,新太古代和古元古代水体的氧化还原条件是不同的。华北克拉通新太古代BIF的稀土元素组成缺乏强烈的负Ce异常,反映同期海水氧含量非常低,为缺氧状态;但少量BIF也包含有负Ce异常,同时具有较大变化范围的Th/U值,指示新太古代海洋的局部水体氧含量相对较高,呈弱氧化状态。与新太古代BIF相比,古元古代BIF的Ce异常变化较大,包括无异常、正异常和负异常,尤其是赤铁矿相BIF具明显的负Ce异常,表明古元古代水体的氧含量和氧化还原结构已发生了明显变化;结合华北克拉通BIF的Ni/Co、V/(V+Ni)和Th/U等比值特征,认为古元古代海洋呈次氧化—氧化环境。新太古代BIF强烈富集重铁同位素,S同位素非质量分馏效应较为明显;而古元古代BIF相对富集轻铁同位素,S同位素非质量分馏效应不明显。综上,新太古代海洋环境整体缺氧,但局部可能存在氧气“绿洲”,暗示光合产氧作用在太古代晚期已经存在;大氧化事件期间及之后的古海洋总体具上部氧化、下部还原的分层特征。

东南极南查尔斯王子山条带状含铁建造(BIF)的基本特征及成矿潜力

东南极南查尔斯王子山条带状含铁建造(BIF)产于鲁克山古元古代鲁克群的底部,总厚400 m,矿体厚度30~70 m,铁矿平均品位33.5%。该条带状含铁建造形成过程可能与变质火山岩有联系,在成因分类上属于苏必利尔湖型含铁建造和阿尔戈马型含铁建造之间的过渡类型。高精度航磁测量在鲁克山圈定出宽约10 km的北、南两条磁异常条带,延长分别约为50 km和60 km。据此初步建立该地区沉积变质型铁矿预测模型,圈定了含铁建造的资源分布范围,最终估算出铁矿石可开采的资源量大于百亿吨。

大别造山带木子店条带状铁建造的形成时代与成因初探

大别造山带木子店地区多处出露条带状铁建造(BIF),其形成时代和成因长期以来缺乏有力证据支撑。在对木子店地区王家畈、柳子冲木子店岩组剖面开展详细调查的基础上,采集代表性石榴角闪黑云斜长片麻岩、斜长角闪岩和磁铁石英岩样品,进行锆石U-Pb年代学和岩石地球化学研究,探索木子店BIF的形成时代和成因。结果表明,石榴角闪黑云斜长片麻岩和斜长角闪岩的成岩年龄分别为(2450±10)Ma、(2469±17)Ma,后者锆石中还记录了(1957±11)Ma的变质年龄;磁铁石英岩样品具有低Al_(2)O_(3)、TiO_(2)、Na_(2)O、K_(2)O,低Zr、Th、Nb、REE和高Y/Ho比值特征,在相关成因判别图解中显示其形成过程中基本无陆源碎屑物质的供给,而有高温热液的参与。结合前人资料认为木子店BIF形成于新太古代晚期—古元古代早期,基本不含陆缘碎屑物质、有高温热液参与的含铁化学沉积作用之下,属典型的阿尔戈马型BIF。

条带状铁建造消失之谜:铁-硅互层机制研究进展与展望

条带状铁建造(banded iron formation, BIF)是指以铁-硅韵律层结构为特征的化学沉积岩。BIF不仅是重要的铁资源,也是记录早期地球演化、早期微生物活动和大气-海洋氧化还原状态的重要载体。BIF的出现和消失与重要环境事件的演变密切相关。BIF在>3.8 Ga首次出现,并在第一次大氧化事件前大量形成,在1.8~0.8 Ga沉积中断,而在成冰纪雪球地球冰期中复现,最终消失在显生宙的氧化海洋中。传统模型认为BIF的出现与消失主要受控于海洋中Fe(Ⅱ)离子的含量。在1.8~0.8 Ga期间,构造-岩浆-热液活动减弱,海洋氧化还原剧变(氧化/硫化)导致海水中的Fe(Ⅱ)被大量耗尽,BIF消失。然而,地球化学证据表明中元古代深海区域仍处于铁化状态,即Fe(Ⅱ)可以稳定存在的氧化还原状态;沉积学证据也表明中元古代仍有大量的铁岩沉积。这些富铁沉积的大量出现,表明中元古代的海洋仍具有沉积铁岩/富铁层的条件,只是不再出现BIF这种“铁-硅互层”的韵律沉积。因此,BIF在1.8~0.8 Ga的沉积中断并不是由Fe(Ⅱ)耗尽造成的,而很可能与海水中铁-硅循环变化导致“铁-硅互层”沉积模式的改变有关。本文对BIF的地质学特征进行了概述,深入探讨了BIF中富铁-富硅层的沉积模式,并从Fe(Ⅱ)的来源差异和Fe(Ⅱ)的氧化差异及Fe(Ⅲ)的保存差异3方面全面综述了BIF “铁-硅互层”机制的研究进展。在此基础上,尝试找出解决中元古代BIF消失之谜的可能方向。最后,对BIF的成因机制所承载的前寒武纪铁-硅生物地球化学循环、早期地球演化过程和早期生命信息等方面提出展望。

喀麦隆西南部Mamelles条带状铁建造元素地球化学特征

Mamelles铁矿床位于喀麦隆南部刚果克拉通西北缘,距离克里比地区东南方向约20km。该矿床由大规模、高品位磁铁矿矿体组成,赋存于Nyong杂岩体的条带状铁建造(BIF)中。该矿床中的BIF与角闪岩和片麻岩相伴生。在详细的野外调查基础上,我们获取了BIF的全岩地球化学数据,并用以约束它们的物质来源和沉积环境。弱正铕(Eu)异常(δEu=2.14~3.55)表明高温热液流体对MamellesBIF的贡献是通过海底火山岩蚀变作用的方式,并有少量碎屑物质输入。正铈(Ce)异常的缺失表明,这些BIF可能沉积在缺氧的深海环境中,如火山弧或弧后盆地深水区。

基于BIF条带状铁建造矿化特征的国际铁矿石盈亏平衡运营成本定量研究

国内外铁矿石价格对标基准多采用离岸价或到岸价,而非盈亏平衡运营成本,难以揭示我国铁矿石所面对的真实市场承压价格。为了厘清国际一线生产商的铁矿石盈亏平衡运营成本价格,本文对世界上最重要的条带状铁建造(BIF)矿产地——西澳哈默斯利盆地高品位赤铁矿矿床的矿化特征及代表性铁矿石产品展开系统研究,同时引入巴西铁四角地区的铁英岩型赤铁矿矿石作为对照,分析全球典型高品位赤铁矿矿石经济指标。结合前人研究成果,将西澳哈默斯利盆地与BIF相关的高品位赤铁矿的富集矿化类型划分为假象赤铁矿-针铁矿、微板状赤铁矿与河道沉积型赤铁矿,巴西铁四角主要为铁英岩型赤铁矿。上述各矿化类型对应的铁矿石产品的铁元素含量均高于56%;在杂质元素含量上,假象赤铁矿-针铁矿的磷含量高,微板状赤铁矿的磷、硫含量较高,河道沉积型赤铁矿的磷、硫含量较低,铁英岩型赤铁矿含锰。经定量估算,西澳力拓、必和必拓、FMG和巴西淡水河谷的铁矿石盈亏平衡运营成本价格分别为34.66、36.76、47.35、38.07美元/干吨,可为中国海外权益铁矿项目开发提供运营成本的参考。

山西五台绿岩带柏枝岩组条带状铁建造(BIFs)成因及其环境意义

五台绿岩带BIFs主要分布在金岗库组、文溪组和柏枝岩组中,其中以柏枝岩组BIFs铁矿最具工业规模和开采价值。对柏枝岩组8个BIFs矿区及出露点的12件铁矿石和1件变质火山岩样品进行了岩相学、地质年代学和地球化学分析。研究表明,柏枝岩组BIFs自东向西含铁矿物由磁铁矿逐渐转变为碳酸铁矿物(铁白云石或菱铁矿),对应的CaO含量和FeO/Fe_(2)O_(3)值有明显增加的趋势。LAICPMS锆石UPb定年结果显示,BIFs赋存的变质火山岩(石英绿泥钠长片岩)原岩形成于(2526±14)Ma,代表了柏枝岩组BIFs的沉积年龄。高Al_(2)O_(3)、TiO_(2)、HFSE和TREY含量及其之间呈正相关性暗示BIFs中有微量陆源碎屑物质混染,并且根据La/Sc,Th/Sc和Zr/Sc值认为这些物质主要来源于地壳长英质碎屑。尽管如此,大部分BIFs显示出一致的La正异常、Y正异常、LREE亏损、HREE富集及高于球粒陨石的Y/Ho值的特征,与现代海水REY特征相一致。并且BIFs还显示出强烈的正Eu异常,表明有高温热液流体的参与。根据改进的Sm/Yb vs.Y/Ho和Eu/Sm vs.Sm/Yb元素混合计算模型可知,柏枝岩组BIFs的成矿物质来源于大量海水和少量海底高温热液(0.1%~1%)的混合,并在沉积过程中混入少量地壳长英质碎屑组分(<0.1%)。相比西部富碳酸盐BIFs,东部和中部富磁铁矿BIFs受到地壳长英质碎屑的贡献比例更大。此外,根据五台绿岩带新太古代—古元古代“二阶段”构造演化模型,柏枝岩组BIFs形成于第一阶段的末期。并且,依据无Ce异常、正Eu异常、较低的Th/U值和极高的Fe/Mn值,认为沉积时水体整体处于缺氧状态,但其水体是不均一的,出现了细微的氧化还原分层。西部富碳酸盐BIFs因沉积于深部的还原水体中而具有更高的正Eu异常,而中部和东部富磁铁矿BIFs沉积于相对较浅的弱还原水体中而具有较低的Eu异常。

前寒武纪条带状硅铁建造的形成机制与地球早期的大气和海洋

前寒武纪条带状硅铁建造(BIFs)是地球早期特有的化学沉积建造类型,记录了当时大气和海洋的化学成分、氧化还原状态及演化。本文系统测定了华北地台条带状硅铁建造的硫硅氧同位素组成。不同时代和不同类型条带状硅铁建造中石英的硅同位素组成非常相似,强烈亏损30Si,δ30SiNBS-28大部分位于-2.0‰～-0.3‰之间,平均-0.8‰;硅铁建造中石英的δ18OV-SMOW相对较高,8.1‰～21.5‰,平均13.9‰;二者均与现代海底黑烟囱、泉华及热水沉积硅质岩的硅氧同位素组成相似。在同一样品中,磁铁矿条带中石英的δ30SiNBS-28普遍低于相邻硅质条带中石英的值,而δ18OV-SMOW刚好相反,反映了硅铁建造沉积时的初始特征。BIFs中硫化物的δ34SV-CDT变化范围很大,-22.0‰～+11.8‰,但大部分集中分布在0值附近。Δ33S=-0.89‰～+1.2‰,显示出了明显的硫同位素非质量分馏特征,说明当时大气氧浓度很低。与火山活动关系密切的Algoma型硅铁建造的Δ33S多为负值,而远离火山活动中心的Superior型硅铁建造的Δ33S多为正值。提出无论是Algoma型,还是Superior型BIFs都是由海底热液喷气作用形成的。富含溶解硅和铁的热水溶液喷发到在海底以后,由于温度突然下降,硅酸H4SiO4在海水中达到过饱和状态,导致SiO2首先沉淀,形成硅质层;随着热水溶液与海水的不断混合,温度不断降低,Eh值不断升高,Fe2+逐渐被氧化生成Fe3+随后沉淀,形成富铁层。一套硅铁韵律层代表了一次大的海底喷气活动;海底热液喷气的周期性活动形成了规律性的硅铁韵律层。BIFs的广泛分布和硫同位素非质量分馏效应的普遍存在,表明当时大气氧水平很低,可能不足现在氧水平的1‰;火山和海底喷气活动非常强烈,海水温度较高,呈酸性,pH值在3.0～5.5之间;海洋中可溶解硅H4SiO4和Fe2+的浓度很高;而可溶硫酸盐的浓度极低,<1mM。早元古代(1.8Ga)以后海洋硫酸盐浓度升高,由富铁海洋转化为富硫酸盐的海洋,是造成BIFs消失的根本原因。大规模火山喷发和海底喷气活动对海洋的成分和氧化还原状态影响很大,使海洋的氧化时间较大气至少推迟了6亿年。

鞍山—本溪地区前寒武纪条带状铁建造铁矿时代、物质来源与形成环境

前寒武纪条带状铁建造（BIFs）蕴含丰富的铁矿石资源,记录了早期地球演化的重要信息.鞍山—本溪地区发育巨量的太古宙 BIFs.鞍山—本溪地区 BIFs 由互层的硅铁条带组成,金属矿物以磁铁矿为主,含少量赤铁矿、黄铁矿及菱铁矿等.围岩与BIFs呈整合接触,具有变火山岩的岩石学特征及地球化学特征,表明BIFs属于阿尔戈玛型,其变火山岩围岩年龄可大致代表BIFs沉积时代.锆石U-Pb 年代学显示,鞍山—本溪地区至少发育约3．10 Ga及约2．55 Ga两期BIFs 沉积成矿事件,后者在华北克拉通广泛发育.鞍山—本溪地区 BIFs 地球化学具有以下特征：①低的TiO2与Al2 O3含量及高场强元素负异常,表明沉积过程中陆源碎屑物质加入量很少；②PAAS 标准化REE配分模式显示重稀土元素富集,La、Y 及 Eu 正异常,暗示 BIFs 沉积自海水与海底高温热液的混合溶液；③接近同时代亏损地幔的εNd （t）值（3．0~4．7）,表明 Fe 可能来源于海底热液活动淋滤洋壳；④BIFs中仅发育少量黄铁矿,基本不显示 Ce负异常且富集铁的重同位素（δ（57 Fe）值为（0．13~2．73）×10^-3）,暗示古海洋整体处于低硫、缺氧环境,BIFs 的沉淀可能与富 Fe2＋溶液遭遇环境突变有关.元素地球化学分析表明,大孤山与陈台沟围岩具有弧火山岩特征,南芬与歪头山围岩类似于弧后盆地玄武岩,因此,鞍山—本溪地区BIFs沉积于火山弧相关构造背景.

冀东马兰庄条带状硅铁建造的变质时代及地质意义

前寒武纪条带状硅铁建造（BIF）是世界,也是中国最重要的铁矿资源类型,无论是储量,还是开采量,均居首位。前寒武纪条带状硅铁建造是地球早期特有的化学沉积建造类型,广泛分布于太古代—早元古代（3.2-1.8 Ga）,记录了地球早期大气和海洋的化学成分、氧化还原状态及演化,是广大地质工作者长期关注的焦点之一。在国外,与BIF有关的古风化壳型富铁矿广泛发育,同时也是国外重点开采的富铁矿类型,但在中国一直没有发现。本文测定了冀东迁安矿区东矿带马兰庄硅铁建造中与硅铁建造互层产出的花岗质岩石的锆石SHRIMP U-Pb年龄,确定了BIF遭受混合岩化的时代,并根据中国BIF的形成年龄和变质时代对造成中国缺失与BIF有关的古风化壳型富铁矿这一问题进行了探讨。在中国,硅铁建造形成不久可能即被深埋,遭受区域变质作用和混合岩化作用,但没有在地表长时间遭受风化剥蚀,这可能是冀东地区,乃至中国缺失与BIF有关的古风化壳型富铁矿的重要原因之一。

山西吕梁袁家村条带状铁建造沉积相与沉积环境分析

山西吕梁作为华北克拉通上条带状铁建造（BIF）的重要产区之一,位于华北中央构造带中。袁家村BIF分布于吕梁岚县袁家村一带,极有可能是华北克拉通内最为典型的Superior型BIF。与华北克拉通其他大多数BIF相比,袁家村BIF具有明显的差异性,其中包括它的形成时代（2.3-2.1Ga）、铁建造类型和低级变质程度（低绿片岩相）等。因此,研究袁家村BIF具有特殊的研究意义,可为探讨大氧化事件之后古海洋氧化还原状态以及国内Superior型BIF的成因提供研究基础。袁家村BIF产于吕梁群袁家村组变沉积岩系的下部,前人根据上覆和下伏含火山岩地层的时代,推测袁家村组的形成时代为2.3-2.1Ga。BIF整体产状陡倾,沿北北东-北东东向呈L形带状分布。依据原生矿物的共生组合及产出特征,可将BIF沉积相划分为氧化物相（60%）、硅酸盐相（30%）和碳酸盐相（10%）。氧化物相是本区BIF最主要的沉积相,主要矿物为赤铁矿、磁铁矿和石英,从而可进一步划分为赤铁矿（24%）和磁铁矿（36%）亚相;硅酸盐相BIF以大量硅酸盐矿物出现为特征,散布于研究区,主要矿物组成除了石英和磁铁矿之外,还有铁黑硬绿泥石、绿泥石、铁滑石、镁铁闪石和阳起石等。在与碳酸盐相BIF构成过渡相的BIF中,还可发现大量的铁白云石。而碳酸盐相主要矿物为菱铁矿、铁白云石和石英等,主要发育于研究区的南部。依据含铁岩系构造格局特点复原获得了原始沉积相分布略图,沉积相主要呈南北向延展,自东向西显示出相变规律,西边为碳酸盐相,东边为氧化物相,其间是过渡的硅酸盐相。通过袁家村BIF的岩相学和含铁矿物化学成分的研究,可大致推测原始沉积的矿物组成为无定形硅胶、水铁矿、与铁蛇纹石和黑硬绿泥石组成类似的铁硅酸盐凝胶、富Al的粘土碎屑和含铁、镁、钙的碳酸盐软泥。这些沉积物在随后的成岩期和绿片岩相的区域变质作用下发生矿物之间的相互转变。BIF中主要含铁矿物的PO-P-Eh 2CO2和pH相关图解说明除了赤铁矿之外,其他矿物均是在较低氧逸度环境中形成的,且所有矿物共存的水体系为中性到弱碱性。袁家村BIF氧化物相中发育豆粒、内碎屑结构和板状交错层理等原始沉积构造,指示氧化相部分是在相对高能的浅水环境下沉积的。但BIF大部分应该形成于浪基面以下（〉200m）较为深水的环境中,沉淀可能同时发生于上部氧化和下部还原的水体之中,由于还原弱酸性的深部富铁海水在海侵的过程中上升到浅部相对氧化和弱碱性的浅水环境中,因为Eh、pH及氧逸度等物化条件的骤然变化,最终导致铁质的沉淀和沉积相自上而下的变化。

坦桑尼亚条带状含铁建造磁化率参数统计特征及其应用

坦桑尼亚联合共和国位于赤道以南(南纬1°～11.5°),其金矿与条带状含铁建造(BIF)关系密切。系统地对坦桑尼亚BIF磁化率参数进行了测定、分析,统计整理了BIF磁化率参数值,进而研究了其磁性特征,并探讨了BIF磁化率对地面高精度磁测间接寻找BIF型金矿的指示作用,为预测矿区提供进一步的找矿信息及方向。

国内外前寒武纪条带状铁建造研究现状

条带状铁建造(BIFs)主要发育于早前寒武纪时期(3.8~1.8Ga),记录了早期地球演化的重要信息且蕴含丰富的铁矿石资源。本文梳理总结了国内外BIF相关领域的研究认识及存在问题:1统计对比显示,BIF沉积事件与地幔柱、地壳增生等重大地质事件相关;2稀土元素及Nd同位素示踪表明,Fe来源于海水与海底高温热液的混合溶液,其中高温热液与海水比例为1:1000;3 BIFs缺乏负Ce异常且富集重Fe同位素,暗示沉积时古海洋整体处于缺氧环境以避免Fe^(2+)发生氧化;4一些重要科学问题尚未解决,例如Si的主要来源、沉淀机制及条带成因等;5华北克拉通BIFs多形成于约2.54Ga,BIF类型、形成时代与富矿成因等问题有待深入研究。本文认为,加强国内外典型BIFs的对比研究并适当应用现代先进测试技术,有利于探索BIF沉积的精细过程及古老克拉通的早期演化。

鞍山-本溪地区条带状铁建造的铁同位素与稀土元素特征及其对成矿物质来源的指示

通过Fe同位素、稀土元素与主量元素相结合的方法,对辽宁省鞍山-本溪地区新太古代条带状铁建造(BIF)的成矿物质来源提出了有效制约。BIF的化学成分主要由TFe2O3和SiO2组成,并且具有较低的Al2O3和TiO2含量,表明该地区BIF型贫铁矿是由极少碎屑物质加入的化学沉积岩。稀土元素的总量较低,经页岩标准化后的稀土元素配分模式呈现轻稀土亏损、重稀土富集的特征,具有明显的Eu、Y、La正异常,这些特征表明该地区BIF是古海洋的化学沉积岩,同时具有明显的火山热液贡献特征。用多接收电感耦合等离子体质谱仪(MC-ICP-MS)测定Fe同位素的结果表明,相对于标准IRMM-014,所测样品均显示Fe的重同位素富集,且Fe同位素组成与Eu异常存在明显的正相关关系,表明该地区BIF中铁的来源与海底火山热液活动密切相关,首次从成矿元素Fe本身为条带状铁建造的成矿物质来源提供了直接的证据。

辽冀地区条带状铁建造地球化学特征：Ⅰ．主量元素特征

辽冀地区(主要包括鞍山-本溪地区和冀东地区)位于华北克拉通东北部,产出有诸多BIFs型大型-特大型铁矿床。鞍山-本溪地区和冀东地区是我国最大的两个铁矿集区,其中鞍本地区铁矿储量占全国的24%左右,冀东地区铁矿资源储量占全国的10%以上。虽然辽冀地区BIFs大多为形成于新太古代绿岩带中的Algoma型BIFs,但不同矿区BIFs形成环境和受后期改造的程度不一致,鞍本地区BIFs变质级别为绿片岩相-角闪岩相,冀东地区BIFs经历了绿片岩相-麻粒岩相的变质作用,且辽冀地区普遍发育混合岩化。本文主要对比研究了辽冀地区28个铁矿床200件铁矿石的主量元素特征,为探讨辽冀地区BIFs的形成提供了更多的信息。BIFs样品主要由SiO2和Fe2O3T组成,其中鞍山-本溪地区SiO2+Fe2O3T平均为95.10%,冀东地区SiO2+Fe2O3T平均为88.06%,CaO和MgO含量仅次于SiO2和Fe2O3T,且大部分矿区具有正相关关系,Al2O3、TiO2、K2O、Na2O、MnO、P2O5含量很低,这暗示BIFs原岩为一种化学沉积岩,主要为含有少量碳酸盐泥的硅质和铁质的胶体沉积;辽冀地区Al2O3和TiO2均可见明显的正相关,这可能是由于BIFs沉积过程中有少量碎屑物质的加入,这种相关性在冀东地区更为明显,且除SiO2+Fe2O3T外,其它氧化物含量明显高于鞍本地区,说明冀东地区BIFs形成时沉积环境更为动荡,有更多的碎屑物质加入;虽然辽冀不同地区BIFs经历了不同级别的变质作用,形成了不同的矿物组合,但是氧化物含量却变化不大,这说明了变质反应主要为等化学反应;鞍本地区和冀东地区碱质含量也存在差异性,前者的Na2O和K2O含量均低于后者,且后者Na2O<K2O,结合野外地质特征,可能暗示了混合岩化作用对冀东地区的影响更为显著。

辽冀地区条带状铁建造地球化学特征：Ⅱ．稀土元素特征

辽冀地区（鞍山-本溪地区和冀东地区）位于华北克拉通北东部，是我国早前寒武纪条带状铁建造（BIFs）最重要的分布区，主要为新太古代Algoma型。本文系统对比了辽冀地区28个铁矿床200件铁矿石样品的稀土元素特征。结果表明：（1）所有样品的稀土元素特征比较相似：稀土元素总量较低，Y／Ho比值较高；经太古宙后平均澳大利亚页岩（PAAS）标准化后呈现重稀土相对富集、轻稀土相对亏损的配分模式，La异常不明显，强烈的Eu正异常和明显的Y正异常，暗示研究区铁矿石成矿物质主要来源于海底高温热液和海水的混合溶液；与冀东地区BIFs相比，鞍本地区Eu异常更为明显，说明鞍本地区BIFs显示更多的热液特征；（2）铁矿石的Ce／Ce＊变化范围为0．77～1．09，缺乏明显的Ce负异常，说明其沉积于还原的海水环境；（3）辽冀地区BIFs的稀土元素总量、Eu异常、Y异常和Y／Ho比值变化范围均比较大，可能与BIFs沉积过程中碎屑物质的加入有关；与鞍本地区相比，冀东地区BIFs的Eu正异常、Y正异常程度均小于鞍本地区，热液和海水特征均不明显。Y／Ho比值更接近球粒陨石（26—28），可能暗示冀东地区有更多的碎屑物质的加入。

鲁西杨庄条带状铁建造特征及锆石年代学研究

泰山群主要分布于鲁西地区中部,是鲁西花岗-绿岩带的一个重要组成部分。近年来,在沂水县杨庄发现了一定规模的沉积变质铁矿,铁矿层位赋存于柳杭岩组上段的斜长角闪岩段内。本文对杨庄铁矿BIF及侵入地层的岩浆岩进行锆石年代学测定,测定的含磁铁矿斜长角闪岩中锆石U-Pb年龄数据主要集中在2.6Ga附近,确定斜长角闪岩的形成年龄为2615±61Ma;铁矿顶板黑云母石英片岩的形成年龄小于2527±66Ma,该岩段又被晚期混合花岗岩穿插,其锆石年龄测定结果为2469±34Ma,所以推测黑云母石英片岩的形成年龄在2.5Ga附近。据此我们认为鲁西地区的"柳杭岩组"似可近一步解体为新太古的斜长角闪岩段(含磁铁矿建造)和古元古的表壳岩段(以片岩系为主)。混合花岗岩的形成年龄属于古元古代早期,似乎可以填补全球地质演化的静寂期(2.3～2.5Ga)。以泰山群为代表的变质岩系在地下较深部位出现或者被中晚元古代盖层覆盖,为探讨华北克拉通早期演化和开展华北克拉通BIF型铁矿研究具有重要意义。